車尾造型對(duì)凹坑型非光滑車身氣動(dòng)減阻的影響與優(yōu)化.pdf

1、隨著國(guó)內(nèi)高速路網(wǎng)的不斷完善，汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，以及世界石油資源的逐步減少，汽車將向著更快更省的方向發(fā)展。汽車行駛速度影響汽車的氣動(dòng)阻力，汽車行駛速度越大，其氣動(dòng)阻力也越大。而汽車氣動(dòng)阻力所消耗的燃油功率與車速的立方成正比，因此車身氣動(dòng)阻力能夠直接影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。汽車氣動(dòng)阻力減小，意味著燃油消耗的降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能環(huán)保。隨著空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，減小車身氣動(dòng)阻力的傳統(tǒng)方法已經(jīng)遇到技術(shù)瓶頸，尋求新型氣動(dòng)減阻方法和思路已經(jīng)迫在眉睫。

2、研究發(fā)現(xiàn)仿生非光滑表面具有較好的減阻效果，根據(jù)此種減阻思路，將非光滑結(jié)構(gòu)引入汽車車身上，實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能減阻效果。
　　本文基于不同尾部造型的MIRA模型組，將凹坑型非光滑結(jié)構(gòu)引入模型尾部端面，研究不同尾部造型對(duì)非光滑減阻效果的影響，并對(duì)非光滑表面進(jìn)行優(yōu)化，改善減阻性能，最后將非光滑被動(dòng)減阻與渦流噴射主動(dòng)減阻結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)兩種減阻方式的優(yōu)化組合。
　　首先以CFD仿真分析為主線，建立不同尾部造型的MIRA模型組，將凹坑型非光滑

3、表面布置在直背式、斜背式、階段背式三種車型的尾部，對(duì)比分析了三種不同車型的尾流結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)模型組外部流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，并結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)，比較光滑模型和非光滑模型尾部流場(chǎng)、壓力、湍動(dòng)能等參數(shù)，對(duì)比不同尾部造型非光滑表面流場(chǎng)差異。
　　其次通過(guò)分析直背式模型凹坑型非光滑單元矩形陣列的氣動(dòng)減阻效果，以矩形排布和非光滑單元體尺寸作為優(yōu)化對(duì)象，采用拉丁方方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取樣本點(diǎn)。利用CFD仿真得到樣本點(diǎn)的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)值建立Kriging近

4、似模型。在驗(yàn)證了近似模型的可信度基礎(chǔ)上，以近似模型為基礎(chǔ)進(jìn)行全局優(yōu)化。優(yōu)化后的非光滑表面能改善模型的氣動(dòng)減阻效果，改善模型尾流。并在優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上分析非光滑車表氣動(dòng)減阻的機(jī)制，解釋不同車尾造型減阻率變化的原因，為進(jìn)一步研究車身非光滑表面氣動(dòng)減阻提供理論依據(jù)。
　　最后在直背式非光滑形態(tài)模型的基礎(chǔ)上，在凹坑陣中加裝噴射速度可變的渦流發(fā)生器來(lái)控制模型的尾部氣流，改善尾渦結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)光滑、非光滑、非光滑加渦流噴射三種模型的三維流場(chǎng)數(shù)值模

5、擬，得到不同尾部形態(tài)模型壓力以及湍動(dòng)能參數(shù)，對(duì)比不同風(fēng)速下不同模型氣動(dòng)阻力系數(shù)的差異以及不同噴射速度下的減阻效果，分析模型尾部流場(chǎng)參數(shù)的變化，闡述了渦流噴射擾動(dòng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了非光滑形態(tài)被動(dòng)減阻與渦流噴射主動(dòng)減阻的優(yōu)化組合，有效地減小不同風(fēng)速下直背式MIRA模型的氣動(dòng)阻力。
　　本文研究分析了尾部非光滑表面對(duì)于不同車型的氣動(dòng)減阻效果，并且對(duì)直背式車型的氣動(dòng)效果進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得了良好的減阻效果。在非光滑被動(dòng)減阻的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)合渦流